(57)【要約】【解決手段】光学検査装置は、基板上にパターニングされた構造を測定するように構成された光学計測ツールを含む。光学計測ツールは、電磁（ＥＭ）放射経路に沿ってＥＭ放射のビームを向けるように構成されたＥＭ放射源と、ＥＭ放射経路の一部に配置され、ＥＭ放射のビームの波面の形状を調整するように構成された適応光学システムとを備える。適応光学システムは、非球面の第１光学素子と、非球面の第１光学素子に隣接する非球面の第２光学素子と、ＥＭ放射経路の一部のビーム軸と異なる方向に第１光学素子と第２光学素子との間で相対運動を生じさせるように構成されたアクチュエータと、を備える。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にパターニングされた構造を測定するように構成された光学計測ツールであって、
電磁（ＥＭ）放射経路に沿ってＥＭ放射のビームを向けるように構成されたＥＭ放射源と、
前記ＥＭ放射経路の一部に配置され、前記ＥＭ放射のビームの波面の形状を調整するように構成された適応光学システムであって、
非球面の第１光学素子と、
非球面の前記第１光学素子に隣接する非球面の第２光学素子と、
前記ＥＭ放射経路の一部のビーム軸と異なる方向に前記第１光学素子と前記第２光学素子との間で相対運動を生じさせるように構成されたアクチュエータと、を備える適応光学システムと、
を備える光学計測ツールを備える装置。
【請求項２】
前記光学計測ツールは、スキャトロメトリ計測ツールを備え、
前記相対運動は、前記ビーム軸に垂直な方向における前記光学素子のうちの１つの線形並進運動であり、
前記線形並進運動は、ＥＭ放射の焦点およびＥＭ放射の傾斜を調整する、
請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１光学素子および前記第２光学素子は、相補的曲面に対応するゼルニケ級数におけるゼロ以外のＺ７またはＺ８ゼルニケ多項式係数を含む相補的曲面を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記第１光学素子は、前記ビーム軸に垂直な平面を含む、請求項３記載の装置。
【請求項５】
Ｚ７またはＺ８のゼルニケ多項式係数は、前記相補的曲面に対応するゼルニケ級数における他のゼルニケ多項式係数以上である、請求項３に記載の装置。
【請求項６】
前記第１光学素子の曲面は、前記相対運動の方向に関して反射対称であり、前記相対運動の方向とビーム軸の両方に対して直交する軸に関して回転対称である、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記適応光学システムは、前記第１光学素子と前記第２光学素子との間で相対運動を生じさせるための手段を備える、請求項１記載の装置。
【請求項８】
前記第１光学素子および前記第２光学素子は、１つだけの１自由度の互いに対する相対運動を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記１自由度は、前記ビーム軸に垂直な線形並進運動である、請求項８記載の装置。
【請求項１０】
前記第１光学素子と前記第２光学素子との間の前記相対運動によって引き生じるビームの傾斜を適応的に減少させる手段を備える、請求項１記載の装置。
【請求項１１】
前記適応光学システムは、前記相対運動に応答して前記ＥＭ放射の波面に対応するゼルニケ級数のＺ４ゼルニケ多項式係数を調整するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
Ｚ４ゼルニケ多項式係数への調整は、前記相対運動に比例する、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記適応光学システムは、前記相対運動も前記波面のＺ３ゼルニケ多項式係数の調整をもたらすように構成され、Ｚ３ゼルニケ多項式係数の調整量は、前記アクチュエータが駆動するように構成される相対運動の範囲にわたってＺ４ゼルニケ多項式係数の調整の５０％未満である、請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
前記適応光学システムは、前記第１光学素子と前記第２光学素子との間の相対運動に応答して、Ｚ４ゼルニケ多項式係数よりも高次の前記波面のゼルニケ多項式係数に影響を及ぼすように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記適応光学システムは、前記第１光学素子と前記第２光学素子との間の相対運動に応答して、前記ビームのトレフォイル収差および前記ビームの焦点を調整するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
前記第１光学素子の曲面は、ゼロ以外のゼルニケ係数を有する３次より高次のゼルニケ多項式を有するゼルニケ級数に対応する、請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
前記相対運動は、第１の方向への前記第１光学素子の運動と、前記第１の方向と反対の第２の方向への前記第２光学素子の運動とを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１８】
前記第１光学素子と前記第２光学素子との相対運動によって生じる傾斜の変化を低減する方向に前記ビームの傾斜を調整するように構成された傾斜角可変ミラーを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１９】
前記計測ツールに通信可能に接続されたリソグラフィ装置を備え、
前記計測ツールは、前記リソグラフィ装置によってパターニングされた基板上の構造を測定するよう構成されたスキャトロメトリ計測ツールを備え、前記構造は、該構造を測定するために使用されるＥＭ放射の波長よりも小さい、
請求項１に記載の装置。
【請求項２０】
パターン付き基板が測定される電磁（ＥＭ）放射のビームの収差に対する調整を決定することと、
非球面の第１光学素子を非球面の第２光学素子に対して前記ビームに垂直な方向に移動させることと、
移動前と移動後とで異なるように前記ビームに収差を生じさせることと、
前記パターン付き基板を測定することと、
を備える方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願へのクロスリファレンス］
本出願は、２０１６年８月１１日に出願された米国仮特許出願第６２／３７３，７３４号の利益を主張し、その全体が参照により本書に援用される。
【０００２】
［技術分野］
本明細書は、例えばリソグラフィ技術によるデバイス製造に利用可能な検査装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板の目標部分に与える機械である。リソグラフィ装置は、例えば集積回路（ＩＣ）の製造に用いることができる。その場合、マスクまたはレチクルとも称されるパターニングデバイスがＩＣの個々の層に対応する回路パターンを生成するために使用されうる。このパターンは、基板（例えばシリコンウエハ）上の（例えばダイの一部、一つのダイ又はいくつかのダイを備える）目標部分に転写できる。パターンの転写は、基板上に設けられる放射感受性材料（レジスト）の層への結像を典型的に介する。一般に、単一の基板は、連続的にパターン化される隣接する目標部分のネットワークを含むであろう。
【０００４】
リソグラフィ装置は、例えば、集積回路（ＩＣ）および他のデバイスの製造に使用することができる。そのような場合、パターニングデバイス（例えば、マスク）は、デバイスの個々の層に対応するパターン（「設計レイアウト」）を含むかまたは提供することができ、このパターンは、パターニングデバイス上のパターンを通してターゲット部分を照射するなどの方法によって、放射感応性材料（「レジスト」）の層でコーティングされた基板（例えば、シリコンウェハ）上のターゲット部分（例えば１つ以上のダイを含む）に転写することができる。一般に、単一の基板は、一度に１つのターゲット部分で、リソグラフィ装置によってパターンが連続的に転写される複数の隣接するターゲット部分を含む。あるタイプのリソグラフィ装置では、パターンは一度に１つの目標部分に転写される。そのような装置は一般にウェハステッパと呼ばれる。ステップ・アンド・スキャン装置と一般に呼ばれる別の装置では、基板を基準方向に対して平行または反平行に同期移動させながら、投影ビームが所与の基準方向（「走査」方向）にパターニングデバイス上を走査する。パターニングデバイス上のパターンの異なる部分は、徐々に１つのターゲット部分に転写される。一般に、リソグラフィ装置は拡大率Ｍ（一般に＜１）を有するので、基板が移動される速度Ｆはビームがパターニングデバイスを走査する速度のＭ倍になる。
【０００５】
パターンをパターニングデバイスから基板に転写する前に、基板は、プライミング、レジストコーティング、およびソフトベークなどの様々な手順を経てもよい。露光後、基板は、露光後ベーク（ＰＥＢ）、現像、ハードベーク、および転写パターンの測定／検査などの他の手順にかけることができる。この一連の手順は、例えばＩＣなどのデバイスの個々の層を作るための基礎として使用される。次いで、基板は、エッチング、イオン注入（ドーピング）、メタライゼーション、酸化、化学機械研磨など、すべてデバイスの個々の層を仕上げることを目的とした様々なプロセスを経てもよい。デバイスにいくつかの層が必要とされる場合には、各層について全手順またはその変形が繰り返される。最終的に、基板上の各ターゲット部分にデバイスが存在することになる。その後、これらのデバイスは、ダイシングまたはソーイングのような技術によって互いに分離され、それによって個々のデバイスはキャリアに取り付けられたり、ピンに接続されたりすることができる。
【０００６】
上述のように、リソグラフィはＩＣおよび他のデバイスの製造における中心的なステップであり、基板上に形成されたパターンはマイクロプロセッサ、メモリチップなどのデバイスの機能要素を規定する。同様のリソグラフィ技術は、フラットパネルディスプレイ、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）および他のデバイスの形成にも使用される。
【０００７】
リソグラフィ工程（つまり、リソグラフィ露光を含むデバイスまたは他の構造の現像工程であり、レジストの現像やエッチングといった一以上の関連する処理ステップを典型的に含みうる）において、生成した構造の測定を例えば工程制御や検証に役立てることがしばしば求められる。このような測定を実行するための様々なツールが知られており、これには、限界寸法（ＣＤ）の測定にしばしば用いられる走査型電子顕微鏡や、基板の二つの層のアライメント精度であるオーバレイの測定に特化したツールが含まれる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以下は、本技術のいくつかの態様の限定的なリストである。これらおよび他の態様は、以下の開示に記載されている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
いくつかの態様は、基板上にパターニングされた構造を測定するように構成された光学計測ツールを含む光学検査装置を提供する。光学計測ツールは、電磁（ＥＭ）放射経路に沿ってＥＭ放射のビームを向けるように構成されたＥＭ放射源と、ＥＭ放射経路の一部に配置され、ＥＭ放射のビームの波面の形状を調整するように構成された適応光学システムとを備える。適応光学システムは、非球面の第１光学素子と、非球面の第１光学素子に隣接する非球面の第２光学素子と、ＥＭ放射経路の一部のビーム軸と異なる方向に第１光学素子と第２光学素子との間で相対運動を生じさせるように構成されたアクチュエータと、を備える。
【００１０】
本発明の実施形態の特徴および／または利点は、本発明の様々な実施形態の構造および動作とともに、添付の図面を参照しながら本書に詳述される。本発明は、本書に記載される特定の実施形態に限定されないことに留意される。このような実施形態は、例示を目的としてのみ本書に示される。追加の実施形態は、当業者であれば、本書に含まれる教示に基づいて明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
実施形態は、以下の添付図面を参照しながら、例示を目的としてのみ説明されるであろう。
【００１２】
【図１】いくつかの実施形態に係るリソグラフィ装置を示す概略図である。
【００１３】
【図２】いくつかの実施形態に係るリソグラフィセルまたはクラスタを示す概略図である。
【００１４】
【図３Ａ】ある照明モードを提供する第１ペアの照明アパーチャを用いたいくつかの実施形態に係るターゲットの測定に用いられる暗視野測定装置を示す概略図である。
【００１５】
【図３Ｂ】所定方向の照明に対するターゲットの回折スペクトルを示す概略図である。
【００１６】
【図３Ｃ】回折に基づくオーバレイ測定用の測定装置を用いて別の照明モードを提供する第２ペアの照明アパーチャを示す概略図である。
【００１７】
【図３Ｄ】回折に基づくオーバレイ測定用の測定装置を用いてさらに別の照明モードを提供する第１ペアおよび第２ペアのアパーチャを組み合わせた第３ペアの照明アパーチャを示す概略図である。
【００１８】
【図４Ａ】基板上の多重周期構造（例えば多重グレーティング）ターゲットの形状および測定スポットの外郭を示す概略図である。
【００１９】
【図４Ｂ】図３の装置で得られる図４Ａのターゲットの画像を示す概略図である。
【００２０】
【図５Ａ】検査装置において使用することができる共焦点焦点センサシステムの一実施形態を示す概略図である。
【００２１】
【図５Ｂ】図５Ａのセンサシステムから発生させることができる焦点誤差信号を示すグラフである。
【００２２】
【図６】上記のシステムを通過する電磁放射の様々な収差を調整するように構成された適応光学システムの部分横断立面図である。
【００２３】
【図７】図６のシステムの第１の方向における動きを表した部分横断立面図である。
【００２４】
【図８】図６のシステムの第２の方向における動きを表した部分横断立面図である。
【００２５】
【図９】図６のシステムのいくつかの実施形態における光学素子の表面の三次元ワイヤフレームプロットの斜視図である。
【００２６】
【図１０】図９の表面のグレースケールのトポグラフィーマップである。
【００２７】
【図１１】図６のシステム内の光学素子のうちの１つの移動と、図６のシステムのいくつかの実施形態を通過する電磁放射に与えられる傾斜（Ｚ３ゼルニケ係数）および焦点（Ｚ４ゼルニケ係数）の変化との間の相関関係を示すグラフである。
【００２８】
【図１２】他の収差を調整しながら傾斜の変化を軽減するように構成された適応光学システムの部分横断立面図である。
【００２９】
【図１３】２つの光学素子間に１自由度を有して２つの光学素子がビーム軸に対して直角に並進運動する適応光学システムの部分横断立面図である。
【００３０】
【図１４】図１３のシステム内の光学素子の両方の移動と、図１３のシステムのいくつかの実施形態を通過する電磁放射に与えられる傾斜（Ｚ３ゼルニケ係数）および焦点（Ｚ４ゼルニケ係数）の変化との間の相関関係を示すグラフである。
【００３１】
【図１５】２つの曲面を有する１つの光学素子が２つの光学素子間のビーム軸に対して直角に並進運動する適応光学システムの部分横断立面図である。
【００３２】
【図１６】図６のシステムのいくつかの実施形態における光学素子の表面の三次元ワイヤフレームプロットの斜視図である。
【００３３】
【図１７】図１６の表面のグレースケールのトポグラフィーマップである。
【００３４】
【図１８】上記のいくつかの実施形態の動作中に実行されるプロセスである。
【００３５】
本発明は様々な修正形態および代替形態を受け入れることができるが、それらの特定の実施形態は、例として図面に示されており、本明細書で詳細に説明される。図面は縮尺通りではない場合がある。しかし、図面およびそれに対する詳細な説明は、開示された特定の形態に本発明を限定することを意図していないが、反対に、その意図は添付され後に補正される特許請求の範囲によって定義される本発明の精神および範囲内にあるすべての修正、均等物、および代替を網羅することを理解されたい。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
本明細書に記載の問題を軽減するために、本発明者らは解決策を発明するとともに、場合によっては同様に重要なことに、光学計測およびリソグラフィパターニングの分野において他者によって見落とされる（または未だ予測されない）問題を認識しなければならなかった。実際、発明者らは、発明者の期待通りに業界の傾向が続く場合には、初期のもので将来明らかになるであろう問題を認識することの困難さを強調したいと思う。さらに、複数の問題に対処しているので、いくつかの実施形態は問題特有であり、すべての実施形態が本明細書に記載の従来のシステムに関するすべての問題に対処し、または本明細書に記載のすべての利益を提供するわけではない。そうは言っても、これらの問題のさまざまな順列を解決する改良が以下に説明される。
【００３７】
多くの場合、光学システムは、電磁放射（例えば、光）の様々な収差（例えば、焦点および以下に記載される他のもの）を適合させる。多くの場合、そのような収差は、測定される基板の寸法の変動またはプロセス用機器内のドリフトに適応するように修正される。しかしながら、後述するように、これらの調整は比較的時間がかかり、機器のスループットおよびプロセス特性化に使用される測定のサンプルサイズを減少させる可能性がある。
【００３８】
ＥＭ放射のビームを適合させる際の遅延の１つの原因は、レンズおよびミラーのような光学素子が動くのにかかる時間である。多くの場合、調整は、１つの光学素子をビーム軸に沿って別のものに近づけるかまたは別のものからさらに遠くに移動させることによって行われる。これらの動きは、比較的正確なリニアアクチュエータが横切るのに時間がかかることがある比較的長い移動経路を含むことが多い。これは、測定と他の光学プロセスとの間に著しい遅れを強いる可能性がある。
【００３９】
以下に記載されるいくつかの実施形態は、多くの従来のシステムよりも光学素子の移動に対してより光学的に応答する適応光学システムを用いてこれらの遅延を軽減する。いくつかの実施形態では、適応光学システムは、（上述の構成要素の代わりにまたはそれに加えて）ビーム軸にほぼ直交する方向に互いに対して移動する一対の光学素子を含む。後述するいくつかの実施形態では、光学素子は、直線運動を光学素子を通過するビームの様々な光学収差の変化に変換するように協働する相補的非球面曲面（complimentary aspheric curved surface）を含む。伝統的なシステムとは対照的に、多くの光学収差における所与の変化に対する移動量は比較的小さく、これは光学システムに対する比較的速い調整をもたらすと予想される。いくつかの実施形態では、１０マイクロ秒未満、多くの場合４マイクロ秒もの速さのように、１００マイクロ秒未満で調整を達成することができる。そうは言っても、いくつかの独立して有用な発明が説明されているように、すべての実施形態がこの利益を提供するわけではなく、これらの発明はエンジニアリングおよびコストのトレードオフを条件として、様々な他の目的を追求して展開され得る。
【００４０】
適応光学システムの例は、図６〜図１７を参照してより詳細に説明される。しかし、そのような実施形態を詳細に記述する前に、実施形態が実装されうる環境の例を示すことが有益である。
【００４１】
図１は、リソグラフィ装置ＬＡを概略的に示す。この装置は、放射ビームＢ（例えばＵＶ放射またはＤＵＶ放射）を調整するよう構成される照明システム（イルミネータ）ＩＬと、パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡを支持するよう構築され、特定のパラメータにしたがってパターニングデバイスを正確に位置決めするよう構成される第１位置決め装置ＰＭに接続されるパターニングデバイスサポートまたはサポート構造（例えばマスクテーブル）ＭＴと；基板（例えばレジストコートされたウェハ）Ｗを保持するよう構築され、特定のパラメータにしたがって基板を正確に位置決めするよう構成される第２位置決め装置ＰＷに接続される基板テーブル（例えばウェハテーブル）ＷＴと；パターニングデバイスＭＡにより放射ビームＢに付与されたパターンを基板Ｗの（例えば一以上のダイを含む）目標部分Ｃに投影するよう構成される投影システム（例えば屈折型投影レンズシステム）ＰＳと、を含む。
【００４２】
照明システムは、放射を方向付け、放射を成形し、または放射を制御するための屈折型、反射型、磁気型、電磁気型、静電型あるいは他の形式の光学素子といった各種光学素子またはこれらの任意の組み合わせを含んでもよい。
【００４３】
パターニングデバイスサポートは、パターニングデバイスの向き、リソグラフィ装置のデザイン、および、例えばパターニングデバイスが真空環境で保持されるか否かといった他の条件に応じた方法でパターニングデバイスを保持する。パターニングデバイスサポートは、機械式、真空式、静電式または他の固定技術を用いてパターニングデバイスを保持できる。パターニングデバイスサポートは、フレームまたはテーブルであってよく、例えば必要に応じて固定式または可動式であってよい。パターニングデバイスサポートは、例えば投影システムに対して、パターニングデバイスが所望の位置にあることを確実にしてよい。本書での「レチクル」または「マスク」の用語の使用は、より一般的な用語である「パターニングデバイス」と同義であるとみなされてよい。
【００４４】
本書での「パターニングデバイス」の用語は、放射ビームの断面にパターンを付して例えば基板の目標部分にパターンを生成するために使用可能な任意のデバイスを参照するものとして広く解釈されるべきである。放射ビームに付されるパターンは、例えばパターン位相シフトフィーチャまたはいわゆるアシストフィーチャを含む場合、基板の目標部分における所望のパターンに完全に対応しなくてもよいことに留意されるべきである。たいていの場合、放射ビームに付されるパターンは、目標部分に生成される集積回路などのデバイスの特定の機能層に対応するであろう。
【００４５】
パターニングデバイスは、透過型であっても反射型であってもよい。パターニングデバイスの例には、マスク、プログラマブルミラーアレイ、およびプログラマブルＬＣＤパネルが含まれる。マスクはリソグラフィの分野では周知であり、バイナリマスクやレベンソン型位相シフトマスク、ハーフトーン型位相シフトマスク、さらに各種のハイブリッド型マスクが含まれる。プログラマブルミラーアレイの一例は、マトリックス状に配列される小型のミラーを採用し、各ミラーは入射する放射ビームを異なる方向に反射するように個別に傾斜できる。傾斜されるミラーは、ミラーマトリックスにより反射される放射ビームにパターンを付与する。
【００４６】
図示されるように、装置は透過型である（例えば透過型マスクを用いる）。代わりに、装置が反射型であってもよい（例えば上述のような形式のプログラマブルミラーアレイを用いるか、反射型マスクを用いる）。
【００４７】
リソグラフィ装置は、投影システムと基板の間の隙間を埋めるように、基板の少なくとも一部が比較的高屈折率を有する液体（例えば水）により覆われる形式の装置であってもよい。液浸液は、リソグラフィ装置の他の隙間、例えばパターニングデバイスと投影システムの間に適用されてもよい。液浸技術は、投影システムの開口数を増やすための技術として周知である。本書で用いられる「液浸」の用語は、基板などの構造が流体中に水没しなければならないこと意味するのではなく、むしろ露光中に投影システムＰＳと基板Ｗの間に流体が配置されることを意味するのみである。
【００４８】
図１を参照すると、イルミネータＩＬは、放射源ＳＯからの放射ビームを受ける。ソースおよびリソグラフィ装置は、ソースがエキシマレーザの場合、別体であってもよい。この場合、ソースがリソグラフィ装置の一部を形成するとみなされず、放射ビームがソースＳＯからイルミネータＩＬに向けて、例えば適切な方向付けミラーおよび／またはビームエキスパンダを含むビームデリバリシステムＢＤの助けを借りて通過する。別の場合、例えばソースが水銀ランプの場合、ソースがリソグラフィ装置の一体的部分であってもよい。ソースＳＯおよびイルミネータＩＬは、必要に応じてビームデリバリシステムＢＤとともに、放射システムと称されてもよい。
【００４９】
イルミネータＩＬは、放射ビームの角度および／または空間強度分布を調整するためのアジャスタＡＤを含んでもよい。一般に、イルミネータの瞳面における強度分布の少なくとも外側半径範囲および／または内側半径範囲（通常それぞれσアウタ、σインナと呼ばれる）を調整できる。また、イルミネータＩＬは、インテグレータＩＮやコンデンサＣＯなどの様々な他の要素を含んでもよい。イルミネータは、ビーム断面における所望の均一性及び強度分布を有するように放射ビームを調整するために用いられてもよい。
【００５０】
放射ビームＢは、パターニングデバイスサポート（例えばマスクテーブルＭＴ）に保持されるパターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡに入射し、パターニングデバイスによりパターン化される。パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡの通過後、放射ビームＢはビームを基板Ｗの目標部分Ｃに合焦させる投影システムＰＳを通過する。第２位置決め装置ＰＷおよび位置センサＩＦ（例えば干渉計デバイス、リニアエンコーダ、２Ｄエンコーダまたは静電容量センサ）の助けを借りて、放射ビームＢの経路上に異なる目標部分Ｃが位置するように基板テーブルＷＴが正確に移動されることができる。同様に、第１位置決め装置ＰＭおよび別の位置センサ（図１には明示されていない）は、例えば、マスクライブラリからの機械検索後またはスキャン中に、放射ビームＢの経路に対してパターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡを正確に位置決めするために用いることができる。
【００５１】
パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡおよび基板Ｗは、マスクアライメントマークＭ１，Ｍ２および基板アライメントマークＰ１，Ｐ２を用いて位置決めされうる。基板アライメントマークは図示されるように専用の目標部分を占めているが、目標部分の間のスペースに位置してもよい（これらはスクライブラインアライメントマークとして知られる）。同様に、パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡ上に二以上のダイが設けられる場合には、マスクアライメントマークがダイの間に位置してもよい。小さなアライメントマークがダイの内側のデバイスフィーチャ内に含まれていてもよく、この場合には、マーカが可能な限り小さく、かつ、隣接するフィーチャとは異なる結像または処理条件を必要としないことが望ましい。アライメントマーカを検出できるある実施形態のアライメントシステムは、別途後述する。
【００５２】
図示される装置は以下のモードのうち少なくとも一つで使用することができる。
【００５３】
１．ステップモードでは、パターニングデバイスサポート（例えばマスクテーブル）ＭＴおよび基板テーブルＷＴａが実質的に静止状態とされる間、放射ビームに付与されたパターンの全体が目標部分Ｃに一度で投影される（つまり、単一静的露光）。その後、基板テーブルＷＴａがＸ方向および／またはＹ方向にシフトされ、その結果、異なる目標部分Ｃを露光できる。ステップモードにおいて、露光フィールドの最大サイズは、単一静的露光にて結像される目標部分Ｃのサイズを制限する。
【００５４】
２．スキャンモードでは、パターニングデバイスサポート（例えばマスクテーブル）ＭＴおよび基板テーブルＷＴａが同期してスキャンされる間、放射ビームに付与されるパターンが目標部分Ｃに投影される（つまり、単一動的露光）。パターニングデバイスサポート（例えばマスクテーブル）ＭＴに対する基板テーブルＷＴａの速度および方向は、投影システムＰＳの拡大（縮小）特性および像反転特性により決定されうる。スキャンモードにおいて、露光フィールドの最大サイズは、単一動的露光における目標部分の（非スキャン方向の）幅を制限する。一方で、スキャン動作の長さは、目標部分の（スキャン方向の）高さを決定する。
【００５５】
３．別のモードでは、パターニングデバイスサポート（例えばマスクテーブル）ＭＴがプログラマブルパターニングデバイスを保持して実質的に静止状態を維持し、基板テーブルＷＴａが移動またはスキャンされる間、放射ビームに付与されるパターンが目標部分Ｃに投影される。このモードにおいて、一般にパルス放射源が用いられ、基板テーブルＷＴａの移動後またはスキャン中の一連の放射パルスの間に必要に応じてプログラマブルパターニングデバイスが更新される。この動作モードは、上述のタイプのプログラマブルミラーアレイなどのプログラマブルパターニングデバイスを使用するマスクレスリソグラフィに容易に適用可能である。
【００５６】
上記の使用モードを組み合わせて動作させてもよいし、使用モードに変更を加えて動作させてもよく、さらに全く別の使用モードを用いてもよい。
【００５７】
リソグラフィ装置ＬＡは、いわゆるデュアルステージ式であり、二つのテーブルＷＴａ，ＷＴｂ（例えば二つの基板テーブル）および二つのステーション（露光ステーションおよび測定ステーション）を有し、ステーション間でテーブルを交換できる。例えば、一方のテーブル上の基板が露光ステーションで露光されている間、別の基板が他の基板テーブル上に測定ステーションにて搭載され、様々な準備ステップを実行できる。この準備ステップは、レベルセンサＬＳを用いて基板の表面制御をマッピングすること、アライメントセンサＡＳを用いて基板上のアライメントマーカの位置を測定することを含んでもよく、双方のセンサは基準フレームＲＦにより支持される。仮に位置センサＩＦが測定ステーションまたは露光ステーションにあるテーブルの位置を測定できない場合、双方のステーションにてテーブルの位置が追跡可能となるよう第２位置センサが設けられてもよい。別の例として、一方のテーブル上の基板が露光ステーションにて露光されている間、基板のない別のテーブルが測定ステーションにて待機する（選択的に測定ステーションにて測定動作が実行されてもよい）。この他のテーブルは、一以上の測定デバイスを有し、選択的に他のツール（例えばクリーニング装置）を有してもよい。基板の露光が完了すると、基板のないテーブルが露光ステーションに移動して測定等を実行し、基板のあるテーブルが基板の取出および別の基板の搭載が可能な場所（例えば測定ステーション）に移動する。このマルチテーブル構成は、装置のスループットの実質的な増大を可能にする。
【００５８】
図２に示されるように、リソグラフィ装置ＬＡは、リソグラフィセルＬＣ（たまにリソセルまたはリソクラスタとも称され、基板上での一以上の露光前および露光後プロセスを実行するための装置も含む）の一部を形成する。従来、これらは、レジスト層を堆積させる一以上のスピンコート装置ＳＣ、露光されたレジストを現像する一以上の現像装置ＤＥ、一以上の冷却プレートＣＨ、および、一以上のベークプレートＢＫを含む。基板ハンドラまたはロボットＲＯは、基板を入力／出力ポートＩ／Ｏ１，Ｉ／Ｏ２から取り出し、異なるプロセス装置間で基板を移動させ、リソグラフィ装置のローディングベイＬＢに基板を運ぶ。これら装置（しばしば集合的にトラックと称される）は、トラック制御ユニットＴＣＵの制御下にあり、ＴＣＵ自体は監視制御システムＳＣＳにより制御され、ＳＣＳはリソグラフィ制御ユニットＬＡＣＵを介してリソグラフィ装置も制御する。したがって、異なる装置がスループットおよびプロセス効率を最大化させるように動作しうる。
【００５９】
リソグラフィ装置により露光される基板を正確かつ一貫して露光するため、露光された基板を検査して、後続層との間のオーバレイ誤差、ライン幅、限界寸法（ＣＤ）などの一以上の特性を測定することが望ましい。もしエラーが検出されれば、特に同一バッチの別基板がまだ露光されている程度に迅速かつ高速に検査が実行できれば、一以上の後続基板の露光に対して調整がなされてもよい。また、すでに露光された基板も（歩留まり向上のために）剥離および再加工されてよいし、または、廃棄されてもよく、これにより不良であることが分かっている基板上で露光が実行されるのを回避できる。基板上のいくつかの目標部分のみが不良である場合には、良好である目標部分のみにさらなる露光が実行されてもよい。別の可能性は、エラーを補償するために後続の処理ステップの設定を変化させることであり、例えば、リソグラフィ処理ステップから生じる基板対基板のＣＤ変動を補償するためにトリムエッチステップの時間を調整できる。
【００６０】
検査装置は、基板の一以上の特性を決定するため、具体的には、異なる基板または同じ基板の異なる層の一以上の特性が層ごとおよび／または基板にわたってどのように異なるのかを決定するために用いられる。検査装置は、リソグラフィ装置ＬＡまたはリソセルＬＣ内に一体化されてもよいし、または、独立式の装置であってもよい。最速の測定を可能にするため、検査装置は、露光されたレジスト層における一以上の特性を露光直後に測定することが望ましい。しかしながら、レジスト内の潜像は非常に低いコントラストを有し（放射で露光されたレジスト部分とそうでないレジスト部分の間には非常に小さい屈折率差しかない）、全ての検査装置が潜像の有効な測定の実行に十分な感度を有しているわけではない。したがって、測定は露光後のベークステップ（ＰＥＢ）の後に実行されうる。ＰＥＢは通常、露光された基板上で実行される第１ステップであり、レジストの露光された部分と露光されていない部分の間のコントラストを増大させる。この段階において、レジスト内の像は、半潜像（semi-latent）と称されうる。現像されたレジスト像の測定を実行することも可能であり（この時点でレジストの露光された部分または露光されていない部分のいずれかが除去されている）、または、エッチングなどのパターン転写ステップの後に実行することも可能である。後者の可能性は、基板の不良を再加工する可能性を制限するが、例えばプロセス制御を目的として有益な情報をさらに提供するかもしれない。
【００６１】
従来の散乱計に用いられるターゲットは、相対的に大きい周期構造レイアウトを備え（例えば一以上のグレーティングを備える）、例えば４０μｍ×４０μｍである。この場合、測定ビームは、たいてい周期構造レイアウトより小さいスポットサイズを有する（つまり、一以上の周期構造がスポットに完全に覆われないようにレイアウトが不足する）。これは、ターゲットを無限とみなすことができるために、ターゲットの数学的再構成を単純化する。しかしながら、例えば、ターゲットがスクライブライン内ではなく製品フィーチャの間に位置することができれば、ターゲットのサイズが減少し、例えば２０μｍ×２０μｍ以下または１０μｍ×１０μｍ以下になる。この場合、周期構造レイアウトが測定スポットより小さく作成されるかもしれない（つまり、周期構造レイアウトがはみ出る）。典型的にこのようなターゲットは暗視野散乱計を用いて測定され、ゼロ次の回折（鏡面反射に相当）が遮られ、高次のみが処理される。暗視野計測の例は、ＰＣＴ特許出願公開番号ＷＯ２００９／０７８７０８およびＷＯ２００９／１０６２７９に見出すことができ、これらは参照によりその全体が本書に援用される。本技術のさらなる発展は、米国特許出願公開ＵＳ２０１１−００２７７０４，ＵＳ２０１１−００４３７９１およびＵＳ２０１２−０２４２９７０に記載されており、これらは参照によりその全体が本書に援用される。回折次数の暗視野検出を用いた回折に基づくオーバレイは、より小さなターゲット上でのオーバレイ測定を可能にする。これらのターゲットは、照明スポットより小さくすることができ、基板上の製品構造により囲まれていてもよい。ある実施形態において、複数のターゲットを一つの画像内で測定できる。
【００６２】
ある実施形態において、基板上のターゲットは、一以上の１Ｄの周期的グレーティングを備えてもよく、現像後に固いレジストラインで棒状体（バー）が形成されるように印刷される。ある実施形態において、ターゲットが２Ｄの周期的グレーティングを備えてもよく、固いレジスト柱状体（ピラー）またはレジスト内のビアから一以上のグレーティングが現像後に形成されるよう印刷される。バー、ピラーまたはビアは、代替的に基板内に刻まれ（エッチングされ）てもよい。グレーティングパターンは、リソグラフィ投影装置（具体的には投影システムＰＬ）内の色収差に対する感度を有してもよく、照明の対称性およびこのような収差の存在は、印刷されたグレーティングの変化に現れるであろう。したがって、印刷されたグレーティングの測定データは、グレーティングの再構成に用いることができる。ライン幅や形状といった１Ｄグレーティングのパラメータまたはピラーやビアの幅や長さもしくは形状といった２Ｄグレーティングのパラメータは、印刷工程および／または他の測定プロセスの知見から、処理ユニットＰＵにより実行される再構成プロセスに入力されてもよい。
【００６３】
実施形態への使用に適した暗視野計測装置は、図３Ａに示される。（グレーティングなどの周期構造を備える）ターゲットＴおよび回折された光線は、図３Ｂにより詳細に示される。暗視野計測装置は、独立式の装置であってもよいし、リソグラフィ装置ＬＡ（例えば、測定ステーションにて）またはリソグラフィセルＬＣのいずれかに組み込まれてもよい。装置を通じて複数の分岐を有する光軸は、破線Ｏで示される。この装置において、出力１１（例えば、レーザまたはキセノンランプなどのソースまたはソースに接続された開口）により出力される放射は、レンズ１２，１４および対物レンズ１６を備える光学システムにより、プリズム１５を介して基板Ｗ上に向けられる。これらレンズは、４Ｆ配置の二重シーケンスで構成される。検出器上に基板の像を与えるのであれば、異なるレンズ配置を用いることもできる。
【００６４】
ある実施形態において、このレンズ配置は、空間周波数フィルタリング用の中間瞳面の利用を可能にする。したがって、放射が基板に入射する位置での角度範囲は、基板面での空間スペクトルを示し、本書で（共役）瞳面と称される面内の空間強度分布を定義することにより選択できる。具体的には、例えば、レンズ１２と１４の間であって対物レンズ瞳面の逆投影像である面内に適切な形状のアパーチャデバイス１３を挿入することによりこれを実現できる。図示される例では、符号１３Ｎ，１３Ｓのアパーチャデバイス１３が異なる形状を有し、異なる照明モードの選択を可能にする。第１照明モードにおいて、アパーチャデバイス１３Ｎは、説明のみを目的として「北」と指定された方向からの軸外照明を提供する。第２照明モードにおいて、アパーチャデバイス１３Ｓは、同様であるが「南」と名付けられた反対方向からの照明を提供するために用いられる。所望の照明モード外のいずれの不要な放射も所望の測定信号に干渉しうることから、瞳面の残りは暗闇であることが望ましい。
【００６５】
図３Ｂに示されるように、ターゲットＴは、対物レンズ１６の光軸Ｏに実質的に直交するよう基板Ｗに配置される。軸Ｏからずれた角度からターゲットＴに入射する照明Ｉの光線は、ゼロ次の光線（実線０）および二つの１次光線（一点破線＋１および二点破線−１）を生じさせる。はみ出る小さなターゲットＴの場合、これらの光線は、計測ターゲットＴおよび他のフィーチャを含む基板の領域をカバーする多数の平行光線の一つにすぎない。デバイス１３のアパーチャは（有効な放射量を認めるのに必要な）有限の幅を有するため、実際には入射光線Ｉがある角度範囲を占め、回折光線０および＋１／−１は多少拡がるであろう。小さいターゲットの点像分布関数によれば、＋１および−１の各次数は、ある角度範囲にわたってさらに拡がり、図示されるような単一の理想的な光線とならないであろう。なお、周期構造のピッチおよび照明角度は、１次光線が中心光軸の近くにアライメントされて対物レンズに入射するように設計または調整されることができる。図３Ａおよび３Ｂに示される光線は、図面において純粋にこれらが容易に識別可能となるように、多少軸外しとなるよう示されている。
【００６６】
基板Ｗ上のターゲットにより回折される少なくとも０および＋１の次数は、対物レンズ１６により収集され、プリズム１５を通って戻るように方向付けられる。図３Ａに戻ると、北（Ｎ）および南（Ｓ）の符号が付された径方向に反対のアパーチャを指定することにより、第１および第２照明モードの双方が示される。入射光線Ｉが光軸の北側からである場合、つまり、アパーチャデバイスＮを用いて第１照明モードが適用される場合、＋１（Ｎ）の符号が付された＋１の回折光線が対物レンズ１６に入射する。反対に、アパーチャデバイスＳを用いて第２照明モードが適用される場合、（−１（Ｓ）の符号が付された）−１の回折光線が対物レンズ１６に入射するものとなる。したがって、ある実施形態において、測定結果は、例えば、ターゲットの回転後、照明モードの変更後、または、−１次および＋１次の回折次数強度を個別に得るための結像モードの変更後において、特定条件下でターゲットを二回測定することにより得られる。特定のターゲットに対するこれら強度を比較することによりターゲット内の非対称性の測定が与えられ、リソグラフィ工程のパラメータの指標（例えばオーバレイ誤差）としてターゲット内の非対称性を用いることができる。上述の状況では、照明モードが変更される。
【００６７】
ビームスプリッタ１７は、回折ビームを二つの測定路に分割する。第１測定路において、光学システム１８は、ゼロ次および１次の回折ビームを用いて第１センサ１９（例えばＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサ）上でターゲットの回折スペクトル（瞳面像）を形成する。各回折次数がセンサ上の異なる点でぶつかるため、画像処理は、次数を比較および対比できる。センサ１９に撮像される瞳面像は、計測装置のピント調整および／または１次回折ビームの強度測定の規格化に用いることができる。瞳面像は、本書に詳述されない再構成などの多くの測定の目的のために用いることもできる。
【００６８】
第２測定路において、光学システム２０，２２は、センサ２３（例えばＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサ）上に基板上のターゲットの像を形成する。第２測定路において、瞳面に共役となる面内に開口絞り２１が設けられる。開口絞り２１は、ゼロ次の回折ビームを遮るように機能し、センサ２３上に形成されるターゲットの画像ＤＦが−１または＋１次のビームから形成されるようにする。センサ１９および２３の撮像画像は、処理制御部ＰＵに出力される。ＰＵの機能は、実行すべき測定の具体的な形式に依存するであろう。なお、本書に用いられる「画像」の用語は広義である。仮に−１次および＋１次の一方しか存在しなければ、周期構造のフィーチャ（例えばグレーティング線）の画像自体は形成されないであろう。
【００６９】
図３に示されるアパーチャデバイス１３および絞り２１の具体的形状は、純粋に例にすぎない。別の実施形態において、ターゲットの軸上照明が用いられ、実質的に一方の１次回折放射のみをセンサに向けて通過させるために軸外アパーチャを持つ開口絞りが用いられる。さらに別の実施形態において、１次ビームの代わりに又は１次ビームに加えて、２次、３次、さらに高次のビーム（図３に不図示）を測定に用いることができる。
【００７０】
これら異なる形式の測定に適用可能な照明を作るため、アパーチャデバイス１３は、所望のパターンを所定の位置にもたらすように回転するディスクの周りに形成される多数のアパーチャパターンを備えてもよい。なお、アパーチャデバイス１３Ｎまたは１３Ｓは、一方向（設定に応じてＸまたはＹ）に方向付けられた周期構造の測定に用いられる。直交する周期構造の測定のため、９０°または２７０°のターゲットの回転が実行されてもよい。異なるアパーチャデバイスが図３ＣおよびＤに示される。図３Ｃは、二つの別の形式の軸外照明モードを示す。図３Ｃの第１照明モードにおいて、アパーチャデバイス１３Ｅは、説明のみを目的として、既述の「北」に対して「東」と指定された方向からの軸外照明を提供する。図３Ｃの第２照明モードにおいて、アパーチャデバイス１３Ｗは、同様であるが「西」と名付けられた反対方向からの照明を提供するために用いられる。図３Ｄは、二つの別の形式の軸外照明モードを示す。図３Ｄの第１照明モードにおいて、アパーチャデバイス１３ＮＷは、既述の「北」および「西」と指定された方向からの軸外照明を提供する。第２照明モードにおいて、アパーチャデバイス１３ＳＥは、同様であるが既述の「南」および「東」と名付けられた反対方向からの照明を提供するために用いられる。これら装置の使用、および、装置の多くの他の変形および応用は、例えば、上記の従前に発行された特許出願公開に記載されている。
【００７１】
図４Ａは、基板上に形成される複合計測ターゲットの例を示す。複合ターゲットは、互いに近くに位置する四つの周期構造（この場合、グレーティング）３２，３３，３４，３５を備える。ある実施形態において、周期構造の全てが計測装置の照明ビームにより形成される測定スポット３１の内側となる程度に十分に互いに近接して配置される。その場合、四つの周期構造の全てが結果として同時に照明され、センサ１９および２３上に同時に結像される。オーバレイ測定に特化した例において、周期構造３２，３３，３４，３５はそれ自体が上位層（overlying）の周期構造により形成される複合周期構造（例えば複合グレーティング）であり、つまり、一の層内の少なくとも一つの周期構造が他の層内の少なくとも一つの周期構造の上に覆うように、基板Ｗ上に形成されるデバイスの異なる層内に周期構造がパターン化される。このようなターゲットは、２０μｍ×２０μｍの範囲内または１６μｍ×１６μｍの範囲内の外形寸法を有しうる。さらに、全ての周期構造が特定の層ペアの間のオーバレイの測定に用いられる。ターゲットが単一ペアを超える層を測定できるようにするために、周期構造３２，３３，３４，３５は、複合周期構造の異なる部分が形成される異なる層間のオーバレイの測定を容易にするようにバイアスの異なるオーバレイオフセットを有してもよい。したがって、基板上のターゲット用の周期構造の全ては、ある層ペアの測定に用いられるであろうし、基板上の別の同じターゲット用の周期構造の全ては、別の層ペアの測定に用いられるであろう。ここで、異なるバイアスは、層ペアの間の区別を助けるであろう。
【００７２】
図４Ａに戻ると、図示されるように、周期構造３２，３３，３４、３５は、入射する放射をＸおよびＹ方向に回折させるようにそれらの向きが異なりうる。一例において、周期構造３２および３４は、それぞれ＋ｄおよび−ｄのバイアスを持つＸ方向の周期構造である。周期構造３３および３５は、それぞれ＋ｄおよび−ｄのオフセットを持つＹ方向の周期構造であってよい。４個の周期構造が図示されているが、別の実施形態は、所望の精度を得るためにより大きなマトリックスを含んでもよい。例えば、３×３のアレイの９個の複合周期構造が−４ｄ，−３ｄ，−２ｄ，−ｄ，０，＋ｄ，＋２ｄ，＋３ｄ，＋４ｄのバイアスを有してもよい。これら周期構造の個別の画像は、センサ２３の撮像画像にて識別可能である。
【００７３】
図４Ｂは、図３の装置内の図４Ａのターゲットを使用し、図３Ｄのアパーチャデバイス１３ＮＷまたは１３ＳＥを用いるときに、センサ２３上に形成され、センサ２３により検出されうる画像例を示す。センサ１９は異なる個別の周期構造３２−３５を分解できないが、センサ２３であればできる。黒い四角は、センサ上の画像の視野を示し、この範囲内の円形領域４１に対応する箇所に基板上の照明されたスポット３１が結像する。この範囲内の矩形領域４２−４５が周期構造３２−３５の像を表す。仮に周期構造が製品領域に位置していれば、この画像の視野の周辺に製品フィーチャも視認しうる。処理制御部ＰＵは、周期構造３２−３５の個別画像４２−４５を識別するためのパターン認識を用いてこれらの画像を処理する。このようにして、センサフレーム内の特定の場所に極めて正確に画像がアライメントされる必要がなくなり、測定装置全体としてのスループットが大きく改善される。
【００７４】
いったん周期構造の個別画像が識別されると、例えば、識別された領域内で選択されたピクセルの強度値を平均化または合計することにより、それら個別画像の強度を測定できる。画像の強度および／または他の特性は互いに比較できる。これらの結果は、リソグラフィ工程の異なるパラメータ測定のために組み合わせることができる。オーバレイ性能はこのようなパラメータの一例である。
【００７５】
ターゲットの測定精度および／または感度は、ターゲット上に提供される放射ビームの１つまたは複数の特性、例えば放射ビームの波長、放射ビームの偏光、および／または放射ビームの強度分布（すなわち、角度または空間強度分布）、に関して変化する。一実施形態では、放射ビームの波長範囲は、ある範囲（例えば、約４００ｎｍ〜９００ｎｍの範囲から選択される）から選択される１つ以上の波長に限定される。さらに、放射ビームの異なる偏光を選択できるようにしてもよく、例えば複数の異なるアパーチャを使用して様々な照明形状を提供することができる。
【００７６】
さらに、正確な測定値（例えば、ＣＤ、オーバーレイなどの測定値）を得るためには、少なくとも基板上のターゲット構造は、検査装置（例えば計測装置）の対物レンズの焦点面またはその近くに位置していなければならない。上述したように、これは、光学システムの焦点を変えることによって、および／または基板と焦点との間で相対移動を提供することによって（例えば、基板、光学システムの少なくとも一部、または両方を移動させることによって）、ターゲット構造に焦点を合わせることによって行うことができる。
【００７７】
一実施形態では、焦点制御を提供するために、共焦点光学系を有する焦点センサシステムを検査装置（例えば、オーバーレイおよび／またはＣＤ測定装置）および／またはリソグラフィ装置で使用することができる。焦点センサシステムは、基板に焦点が合っていることを保証するために制御ループの一部として使用することができる焦点誤差信号を生成することができる。共焦点光学系を有する焦点センサシステムの例示的なレイアウトが図５Ａに示されている。このシステムでは、放射は、入力５００（例えば放射源）によって照明視野絞り５０５に供給される。絞り５０５から、放射は、コンデンサレンズ５１０を介して光学素子（例えばビームスプリッタ）５１５に通過する。光学素子５１５はビームを対物レンズ５２０に向ける。放射は、対物レンズ５２０から基板５２５に出力される。基板５２５によって向け直された放射線は、対物レンズ５２０および任意選択で光学素子５１５を介して検出分岐内のビームスプリッタ５３０に通過する。ビームの一部はアパーチャ５３５に提供され、別の部分はアパーチャ５４０に提供される。一実施形態では、アパーチャ５３５、５４０は、例えばそれぞれのプレートに設けられたピンホールアパーチャである。一実施形態では、アパーチャ５３５、５４０のうちの一方は、ビームスプリッタ５３０のビーム分割面から、他方のアパーチャ５３５、５４０とは異なる距離である。アパーチャ５３５、５４０のそれぞれに関連してそれぞれ検出器５４５、５５０があり、それぞれのアパーチャ５３５、５４０からそれぞれ放射部分を受け取る。一実施形態では、検出器は光検出器である。
【００７８】
一実施形態では、図５Ａのシステムは、例えばアパーチャ５３５と検出器５４５の組み合わせからの信号５６０と、例えばアパーチャ５４０と検出器５５０の組み合わせからの信号５７０とを使用して基板の焦点誤差信号を生成する。一実施形態では、図５Ｂに示すように、信号５６０から信号５７０が減算されて、基板に対する焦点誤差信号５８０が生成される。
【００７９】
検査装置におけるこの配置に関する問題は、（検査装置の焦点に基板を保持するための）焦点スポットが、検査装置の検査分岐によって提供される測定スポット（このスポットは図５に示されていない）と重なり合う可能性があり、それは基板の検査または測定に使用されることである。この重なりは、焦点調節および検査の作業／分岐の同時作業を妨げる可能性がある。一実施形態では、スペクトル分離および干渉フィルタを使用することによって同時使用を得ることができるが、これは、検査に使用することができる波長範囲など、１つまたは複数の追加の制限をもたらす可能性がある。
【００８０】
したがって、一実施形態では、例えば、測定における改善された精度および／または感度を可能にし、および／または、検査装置（例えば、オーバーレイおよび／またはＣＤ測定装置）のための改善されたスペクトル動作範囲を可能にする、改善された焦点調節装置および／または検査装置のための方法が提供される。
【００８１】
図６は、パターニングプロセスを特徴付けるためのスキャトロメトリツールおよび暗視野のような上述の光学計測ツールを含む、本明細書に記載の様々な光学機器での使用に適した適応光学システム６００の一例の部分横断立面図である。
【００８２】
いくつかの実施形態では、適応光学システム６００は、上述の光学機器の照明経路を通過する電磁放射などの電磁（ＥＭ）放射の様々な収差を制御し、そうでなければ修正するように構成され得る。いくつかの実施形態では、ＥＭ放射は、光放射であり、例えば６７５〜７８６ｎｍのスペクトル帯域内（またはより広い、または異なる範囲）のコリメート光放射（例えば、この帯域内で８０％超、この範囲内で９９％超など）である。
【００８３】
後述する様々な構成要素の構成に応じて、様々な異なる収差が適応光学システム６００を用いて修正されてもよい。場合によっては、適応光学システム６００は、そのような収差を修正して、光学機器または光学機器で照明されている基板のいずれかにおける変動に対応することができる。そのような変動の例には、ステージング（staging）機器のドリフト、基板の平面性の変動、熱変動による光学素子の変形などが含まれる。いくつかの実施形態では、適応光学システム６００は、構成に応じて、色収差、単色収差、または両方を調整可能に修正することができる。
【００８４】
いくつかの実施形態において、適応光学システム６００は、いくつかの従来の技術と比較して比較的迅速に様々な収差を修正するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、適応光学システムの構成要素は、様々な構成要素の移動（例えば位置または向きの変化）に対する１つまたは複数の光学収差における変化の比較的高次の導関数（derivative）を有することができる。その結果、比較的小さく速い動きは、比較的迅速に所望の修正を様々な収差に導入することができる。その結果、場合によっては、プロセス変動に対するリアルタイムの調整を行うことができ、比較的高いスループットおよび比較的正確な基板の処理がもたらされる。しかしながら、本明細書に記載された様々な特徴が他の目的に展開されてもよいので、これらの利益のための全ての実施形態があるわけではなく、様々な独立して有用な発明が説明され、それらの発明のそれぞれは異なる利点を提供し得ること、例えば、より速い応答によって得られる時間は、従来のシステムと同じ時間でより正確な測定値を得るためにさらなる調整の改良に費やすことができることを理解すべきである。
【００８５】
いくつかの実施形態では、適応光学システム６００は、光学アセンブリ６０２（ビーム軸６１０と移動軸６１２の両方に垂直な中心点を通る断面で示される）、アクチュエータ６０５、センサ６０７、およびコントローラ６０８を含む。いくつかの実施形態では、これらの構成要素は、光学アセンブリ６０２を通過する電磁放射のビーム内の様々な光学収差のフィードバック制御またはフィードフォワード制御を実行するように動作し得る。
【００８６】
いくつかの実施形態において、光学アセンブリ６０２は、２つの光学素子６０４および６０６を含み得る。いくつかの実施形態において、これらの光学素子６０４および６０６は、図９から１２を参照して以下に記載されるような形状を有してよい。いくつかの実施形態では、光学素子６０４および６０６のそれぞれは、光学グレードガラスなどの透明材料のモノリシック体であってよい。いくつかの実施形態では、光学素子６０４および６０６のそれぞれは、光学アセンブリ６０２を通過するＥＭ放射波の位相面の形状を調整するように構成された位相板であってよい。いくつかの実施形態では、光学素子６０４および６０６のそれぞれは、互いに対して同じ形状を有するレンズであってもよい。
【００８７】
光学素子６０４および６０６は、異なる向きで光学アセンブリ６０２内に配置されてもよい。例えば、光学素子６０６は、光学素子６０４に隣接して配置されてよく、光学アセンブリ６０２を通過し、光学アセンブリ６０２によって修正された様々な収差を有するＥＭ放射のビームのビーム軸６１０の周りに１８０°（例えば、この量の±１０パーセント以内）回転されてよい。ビームは、照明経路の一部であってもよく、
例えば、基板と経路内の他のアップビーム構成要素との間を含む、図１〜図５を参照して上述した照明経路内の構造の様々なペアの間のセグメントであってよい。
【００８８】
図示の構成では、光学素子６０４および６０６は互いに位置合わせされているが、動作中、光学素子６０４または６０６は軸６１２に沿って移動する一方、他の光学素子は静止したままである（それによって光学素子間の相対移動を導入する）。位置合わせされた位置（例えば、それらの移動範囲の１０％以内に位置合わせされた、または正確に位置合わせされた）において、光学素子６０６および６０４は、ビーム軸６１０の方向に距離６１４だけ互いにオフセットされてもよい。いくつかの実施形態では、例えば、光学素子の並進運動を可能にしながら、ギャップを比較的小さく保つために、距離６１４は５〜１００ミクロンのオーダであってよい。
【００８９】
特に明記しない限り、幾何学的記述子（空間属性の数学的記述子を含む）は、実質的に対応する構造（例えば、「平行」は「実質的に平行」を包含する）を含み、そのようなバリエーションも言及されていない場合には、修飾子「正確」が使用される（例えば、「完全に平行」）と理解されるべきである。実質的な対応の範囲は、使用事例（ユースケース）を考えれば当業者には自明であろうが、そのような範囲が自明ではない場合には、１０％の変動範囲が想定されるべきである。さらに、Ｘ、Ｙ、およびＺ座標の特定の割り当てのように、１つの基準系における様々な構造への言及は、他の同等の基準系への変換を含むと理解されるべきである（例えば、移動方向などの他の属性を一致させるとともにX座標とY座標を切り替える、または直交座標と極座標を切り替える）。
【００９０】
いくつかの実施形態では、光学素子６０４および６０６のそれぞれは、平面６１６（例えば、使用事例の光学公差と一致するほぼ平面）および曲面６１８を含むことができる。いくつかの実施形態では、曲面６１８は、部分的に非平面であってもよい（例えば、曲面６１８の半分以上にわたって、場合によっては完全にまたは実質的に曲面６１８全体にわたって、それは場合によっては位相修正面または収差修正面とも呼ばれる）。曲面６１８は、ビーム軸６１０に沿って平面６１８から光学素子６０４および６０６の反対側にあってもよい。
【００９１】
図示の向きでは、光学素子６０６の曲面６１８は、平面６１６が外側を向くように、光学素子６０４の曲面６１８に面して配置されているが、他の実施形態では、この向きを逆にしてもよい。例えば、平面６１６が互いに面するように、または１つの平面６１６が曲面６１８のうちの１つに面するようにする。
【００９２】
いくつかの実施形態では、光学素子６０６および６０４の図示の位置は中立位置と呼ぶことができ、そこではビーム軸６１０上のＥＭ放射のビームの収差は一般にまたは完全に光学アセンブリ６０２によって修正されない、あるいはいくつかの実施形態はまた、位置合わせされた位置における収差を修正してもよい。以下に記載される様々な対称性、および上記に記載される光学素子６０４および６０６の相対的な向きにより、光学素子６０６上の曲面６１８の凹部は、光学素子６０４および６０６が曲面６１８にわたって距離６１４を維持するように、光学素子６０４の曲面６１８の延長部分に隣接して配置されてよい（逆の場合も同じ）。注意すべきは、中立位置におけるこの一定の間隔は、必ずしもすべての実施形態に存在するわけではなく（例えば、図１６および図１７を参照して説明したように）、これは、本明細書に記載された他のいかなる特徴も場合によっては省略されないことを示唆するものではない。
【００９３】
いくつかの実施形態では、光学素子６０４および６０６は、空気などの光学アセンブリ６０２の周囲環境とは異なる屈折率を有する光学グレードのガラスから作製することができる。例としてはＮＢＫ７＿ＳＣＨＯＴＴガラスがある。
【００９４】
いくつかの実施形態では、光学素子６０４および６０６の一方または両方は、１つまたは複数のアクチュエータ６０５によって移動させることができる。アクチュエータ６０５は、（たとえば、相対自由度０のリンクによって）光学素子６０４に機械的に結合することができる。ただし、他にも様々な構成が考えられ、そのいくつかを以下に説明する。いくつかの実施形態において、アクチュエータ６０５は、圧電リニアアクチュエータであってよい。場合によっては、アクチュエータ６０５は、方向６１２、例えば軸６１２に沿った２つの方向のいずれかに光学素子６０４の線形並進運動を引き起こすように構成されてもよい。したがって、いくつかの実施形態では、アクチュエータ６０５は、以下に説明するように、ビーム軸６１０に垂直な軸６１２に沿って光学素子６０４を押したり引いたりし、光学素子６０６に対して移動させることができる。圧電リニアアクチュエータは、考えられる多くの使用例で使用される比較的狭い範囲の動きに対して比較的速く、応答性があり、正確であると期待される。しかし、実施形態は、スクイグルモータ、コームドライブ、スクリュードライブなどのような他のリニアアクチュエータのような、様々な異なる他のタイプのアクチュエータと調和することに留意されたい。
【００９５】
いくつかの実施形態では、センサ６０７は、ＥＭ放射ビームの様々な属性、例えば測定される基板の表面の一部分に対する焦点、を感知するように動作する上述のセンサのうちの１つであってよい。いくつかの実施形態では、センサ６０７は、基板表面に対する焦点を感知し、焦点が合っていない量（または調整を必要とする他の収差）、場合によっては焦点が合っていない方向を示す信号、または他の様々な収差の大きさおよび方向を示す他の信号を発するように動作する。いくつかの実施形態では、適応光学システム６００は、基板に衝突する、またはそのように向けられたＥＭ放射における異なる収差を感知するように構成された複数のセンサを含んでもよい。
【００９６】
いくつかの実施形態では、センサ６０７は、センサ６０７からの測定値に応答してアクチュエータ６０５を駆動するように動作するコントローラ６０８に通信可能に結合されてもよい。コントローラ６０８は、それによって目標収差からのデルタがアクチュエータ６０５に対する動作信号に変換されるモデルを含んでもよい。例えば、いくつかの実施形態は、ＥＭ放射が焦点から外れている量を示す信号を受信するように構成されてよく、コントローラ６０８は、焦点の欠如を減らすか排除するために、アクチュエータ６０５に光学素子６０４の位置を調整するように信号を送ってよい。いくつかの実施形態では、センサ６０７は、目標条件が満たされているかどうかを示す２値信号である信号を出力することができ、コントローラ６０８は、ブール信号の変化が生じるまで、ある範囲の運動によってアクチュエータ６０５を方向付け、測定を実行するための適切な条件を示してもよい。いくつかの実施形態では、コントローラ６０８は、マイクロコントローラであり、またはいくつかの実施形態では、コントローラ６０８は上記の様々な他の制御システムと統合することができる。
【００９７】
オランダのフェルドホーフェンのＡＳＭＬホールディングＮ．Ｖ．から入手可能なＹｉｅｌｄＳｔａｒ計測ツールのような光学機器は、現在説明されている適応光学システムを含むことができる。動作の一例では、ツールは新しい基板を取り込むか、または以前にロードされて位置合わせされた基板上の新しい測定位置にナビゲートすることができる。移動前に、図６の図示の構成では、素子６０６および素子６０４に対する表面６１８の影響が互いに相殺することがあるので、ＥＭ放射の波面は、光学アセンブリ６０２によって比較的影響されず、たとえば９０％を超えて影響されない。
【００９８】
しかしながら、センサ６０７は、目標条件が満たされていないこと、例えば基板の表面に当たるＥＭ放射が焦点から外れていることをコントローラ６０８に示すことができ、コントローラ６０８は、アクチュエータ６０５を介して光学素子６０４の様々な動きを指示することができる。これは、一例として図７に示されている。この例では、アクチュエータ６０５は、ある範囲の運動６２０を通して軸６１２に沿って光学素子６０４を引っ張っている。いくつかの実施形態では、光学素子６０６は、例えば概して変更できない量で固定されることによって、光学機器の他の部分に対して静止して保持されてもよい。その結果、光学素子６０４および６０６の曲面６１８はもはや整列されず、もはや互いに相殺し合うことはない。光軸６１０に沿って通過する光、または他のＥＭ放射は、例えば図示の並進において光学アセンブリ６０２からさらに焦点を押すことによって、光学アセンブリ６０２によって修正されてもよい。いくつかの実施形態では、曲面６１８の形状に応じて、この並進運動の結果として、以下でさらに詳細に説明するように他の様々な収差を修正することができる。
【００９９】
注目すべきことに、運動６２０は、光学素子がビーム軸６１０に沿って並進する多くの従来の技術と比較して、比較的短い距離にわたるものであり、アクチュエータ６０５を用いて比較的迅速に達成することができる。例えば、例えば、いくつかの従来のシステムは、いくつかの実施形態が２ｍｍ未満の並進で達成する修正をビームに与えるために、ビーム軸に沿って２０ｍｍを超えて光学素子を並進させることができる。いくつかの実施形態では、曲面６１８の曲率の振幅は、そのような動きに対する光感度を調整するために増減することができる。
【０１００】
場合によっては、この伝統的な手法を現在説明している実施形態と組み合わせることができる。例えば、ビーム軸６１０に直交する図示の光学素子の並進を用いて粗調整を行うことができ、ビーム軸６１０に沿って（従来のシステムにおけるよりも短い距離にわたって）他の光学素子を並進させることによってより高い解像度調整を行うことができる。
【０１０１】
図８は、移動範囲６２２を通る、図６の位置に対する軸６１２に沿った他の方向への移動を示す。いくつかの場合において、組み合わされた移動範囲６２２および６２０は、光学素子６０６に対する光学素子６０４の移動の全範囲を構成し得る。いくつかの実施形態では、移動の全範囲は、１０ｍｍ未満かつ０．４ｍｍ超であってよい。図６の構成から図７の構成への移動によって引き起こされるいくつかの光学収差の変化は、図６の構成から図８の構成への移動において逆転し得る。場合によっては、これらの変化は、光学素子６０４および６０６の形状およびどのように移動が達成されるか（例えば、両方の光学素子が動くのか１つだけ動くのか）に応じて、比例または非線形であってよく、両方の例が後述される。さらに、アクチュエータ６０５は、光学素子６０４を図７と図８に示す位置の間の任意の中間位置に移動するように構成されてもよいことに留意されたい。
【０１０２】
図９および図１０は、上記の曲面６１８の一実施形態の面６２６を示す。図９は、表面の３次元透視ワイヤプロットであり、ｚ軸に沿った表面６２６のずれは、図６から図８の光軸６１０に沿った表面６１８のずれに対応し、ｙ軸は、図６から図８の光軸６１２に対応する。図６から図８では、光学素子６０４または６０６は軸６１２に沿って移動する。図９および図１０のｘ軸は、図６〜図８の断面（および軸６１０および６１２）に対して垂直であってよい。
【０１０３】
図９および図１０に示すように、いくつかの実施形態では、光学素子は表面６２６を有するほぼ円形の形状を有することができる。例えば、いくつかの実施形態では、光学素子６０４および６０６は、平面ベースと、図９および１０に示される表面に対応する反対面６２６とを有する直円柱であってよい。
【０１０４】
図９に示されるように、表面６２６のこの実施形態は、例えば、表面の２０％未満がｚ軸に対して垂直であるような複雑な曲面を有することができる。この例では、表面６２６は、３つの極大値６２８、６３０、および６３２を含み得る。そして、３つの極小値６３４、６３６、および６３８を含み得る。表面６２６は、ｘ方向およびｙ方向の両方で変化する複合曲線を有し得る。
【０１０５】
本明細書に記載の適応光学システムは、光学計測ツールまたは他の光学システム、例えばリソグラフィパターニングデバイスのＥＭ放射経路内の様々な位置に配置することができる。いくつかの実施形態では、適応光学システムは、そのようなシステムを通過する放射の焦点感知分岐内に配置されてもよい。例えば、適応光学システムは、フォーカスビームがコリメートされる領域に配置されてもよい。代替的に又は追加的に、いくつかの実施形態は、適応光学システムが配置されているより大きな光学系の照明分岐内に補償光学系を含むことができる。
【０１０６】
図１０は、軸６１０に沿った光学素子６０４および６０６の平面６１６に平行な平面からの表面６２６のずれ量をトポグラフィヒートマップ形式で示す。場合によっては、これは、ｓａｇ量またはガラスの直円柱の先端部の片側から削り取られた材料の量として特徴付けることができる。この図では、グレースケールが明るければ明るいほど、表面は軸６１０に沿って（またはｚ方向に）光学素子６０６または６０４の平面６１６から遠くなる。
【０１０７】
図１０に示されるように、表面６２６は様々な対称性を示す。表面６２６は、軸６１２に関して概して反射対称（reflectively symmetric）であってよい。軸６１２に沿って、光学素子６０４または６０６は移動する（またはｙ軸）。さらに、表面６２６は、軸６４０に関して回転対称であり、ｘ軸に平行に延び、表面６２６によって形成される円の中心で軸６１２と交差してもよい。この回転対称の結果として、軸６４０に沿って表面６２６を切断し、軸６４０を中心にして表面６２６の半分を１８０°回転させると、２つの表面が向かい合い、表面６２６の全体にわたって接触するはずである。その結果、２つの光学素子６０４および６０６が互いに向き合うように配向され、図６〜図８の軸６１０を中心にして互いに１８０°回転したとき、この実施形態では、表面は、表面６２６全体にわたってそれら自身の間に一定の距離６１４を有するはずである。
【０１０８】
いくつかの実施形態において、表面６２６は、表面を定義するためのそれぞれの多項式の寄与に対応するそれぞれのゼルニケ係数をそれぞれ有する一連のゼルニケ多項式の線形結合（例えば、和）によって数学的に特徴付けることができる。ゼルニケ多項式は、単位円上でさまざまな曲面を記述するために組み合わせることができる、それぞれの係数を持つ３７個の多項式である。いくつかの実施形態では、図９および図１０の表面は、第９および第１０のゼルニケ係数が互いに等しく、他の３５個のゼルニケ係数がゼロに等しいゼルニケ多項式の線形結合に対応してよい。
【０１０９】
面６２６（および以下に記載する他の面）の形状は、３７個のゼルニケ多項式が結合される次式によって記述される（場合によっては、いくつかのゼルニケ係数がゼロの値を持ち、それぞれのゼルニケ多項式が脱落することがある）：
【数１】
2019526826.tif 000003
ここで、
ｚは、ｚ軸に平行な面のサグ（ｓａｇ） であり、
ｃ＝１／Ｒは、頂点の曲率であり、
【数２】
2019526826.tif 000004
ｋは、円錐定数であり、
ｘ、ｙは、表面座標であり、
Ｒｎは、正規化半径であり、
Ｐｊは、ｊ番目のフリンジ・ゼルニケ多項式であり、
Ｚｊは、ｊ番目のゼルニケ係数である。
【０１１０】
係数の値は、対応する表面およびその表面によって与えられる光学特性を定義する。さらに、各ゼルニケ多項式は特定のタイプの収差に対応することができ、例えば、（Ｚ３係数を有する）第３のゼルニケ多項式は傾斜に対応し、（Ｚ４係数を有する）第４のゼルニケ多項式は焦点に対応し、係数は存在する収差の量を示す。いくつかの実施形態では、表面６２６は、コマおよびトレフォイル（trefoil）のゼルニケ係数が等しい大きさ（例えば、Ｚ７＝Ｚ９！＝０；またはＺ８＝−Ｚ１０！＝０）を有し、他のゼルニケ係数がゼロ（例えば実質的にゼロに等しいか、他のゼルニケ係数の最大絶対値に対してゼロの１０％以内）である。場合によっては、表面はアルバレツレンズの一つであってもよい。
【０１１１】
図９および図１０のこの表面６２６の１つの利点は、他の収差を過度に修正することなく、多くの光学機器に関連する特定の収差を制御できることである。光学素子の形状に応じて、特定の収差を修正することができ、一方で他の収差に対する変化は比較的小さいかまたは回避することができる。図９および図１０の例では、軸６１２に沿った相対移動はＥＭ放射の焦点（すなわちビームのＺ４ゼルニケ係数）を調整しながら、ビームの傾斜に比較的小さな変化（すなわちビームのＺ３ゼルニケ係数）を生じさせ、他の収差を比較的または完全に修正せずに残す（すなわち、ビームのＺ１〜Ｚ２およびＺ５〜Ｚ３７ゼルニケ係数）ことができる。
【０１１２】
ビーム収差の変化と光学素子の移動との間のこの関係は、図１１のグラフに示されている。ビームのＺ４ゼルニケ係数（すなわち、焦点）は、Ｚ４として表され、Ｚ３ゼルニケ係数（傾斜）は、Ｚ３として表される。図１１は、光学アセンブリ６０２を通過するＥＭ放射のＺ３およびＺ４係数に対する、光学素子６０６に対するＹ方向の軸６１２に沿った光学素子６０４の並進運動の効果を示す。図示されるように、光学素子のうちの１つの線形並進運動は、ビームの焦点を調整すると同時に、ビームの傾きに比較的小さな変化を与える。この例では、焦点の変化は並進の変化に比例し（非線形関係に対して比較的正確に制御する、実施形態も非線形制御と一致するが）、傾斜の変化は一般に放物線形状に従う。いくつかの実施形態では、傾斜の変化量は光学機器の許容範囲内であり、ビームに対するさらなる修正は不要である。
【０１１３】
他の実施形態では、追加の構成要素がＺ３係数を制御して、上記の装置によるＺ４調整の影響を相殺することができる。例えば、図１２は、傾斜アジャスタ６５２と共に、図６から図１１を参照して説明した構成要素を有する適応光学システム６５０を示している。この例では、傾斜アジャスタ６５２は、ミラー６５４、ミラーアクチュエータ６５６、およびピボット６５８を含む。いくつかの実施形態では、アクチュエータ６５６は、ミラー６５４に機械的に結合し、ピボット６５８を中心としてミラー６５４を回転駆動し、焦点調節によって生じる傾斜を打ち消すことができる。いくつかの実施形態では、コントローラ６０８は、アクチュエータ６０５とアクチュエータ６５６の両方を駆動してよい。いくつかの実施形態では、コントローラ６０８は、アクチュエータ６５６にミラー６５４の傾きを調整させて、図１１に示すＺ３係数の放物線状変化の打ち消すルーチンを実行してよい。いくつかの実施形態では、ミラー６５４の角度は、図１１に示すＺ３の放物線状変化に従って、アクチュエータ６０５による所定量のずれに対して異なる量だけ中立位置からずれているとき、同じ方向に変更されてよい。いくつかの実施形態では、コントローラ６０８は、結果として生じるＥＭ放射のビームに導入された傾斜収差を打ち消すように構成された、アクチュエータ６０５による線形偏心運動をアクチュエータ６５６による対応する並進運動にマッピングするルックアップテーブルを維持してもよい。ミラーを傾けるために様々な機構を使用することができる。いくつかの場合において、ミラーに接続するピンは、それがスライドするスロット内に存在してもよく、または他の様々なドライブが使用されてもよい。
【０１１４】
図１３は、第２のアクチュエータ６６２と共に、図６から図１１を参照して上述したシステムの構成要素を有する別の適応光学システム６６０を示す。いくつかの実施形態では、コントローラ６０８は、アクチュエータ６０５および６６２の両方を等量だけ駆動するように構成され得る。これにより、両方の光学素子６０６および６０４を軸６１２に沿って互いに対して直線的に並進運動させる。いくつかの実施形態では、両方の光学素子６０６および６０４の移動は、光学素子６０４と６０６の間の点を中心に旋回するように構成された、光学素子６０４および６０６の間に延在するロッカーバーによってなど、両方の光学素子を結合する機械的リンク機構を有する単一のアクチュエータによって達成されてよい。いくつかの実施形態では、この構成において、光学素子６０４および６０６は、コントローラ６０８によって制御されるように、互いに対して１つだけの１自由度を有してよい。あるいは、いくつかの実施形態では、アクチュエータ６０５および６６２は、それ以外は同じ動きで、オフセット位置で動作されてよい。オフセット位置は、傾斜をキャリブレーションし、その他には傾斜を制御するために、キャリブレーションルーチンに従って設定される。
【０１１５】
いくつかの実施形態において、図１３の構成は、傾斜のような特定の非標的の光学収差の変動を低減することが期待され、ある場合には図１２を参照して説明したような追加の制御装置の必要性を不要にする（他の特徴が全ての実施形態において必要であることを意味するのではない）。あるいは、いくつかの実施形態において、様々な光学収差間の関係は、比例関係として単純化されてもよく、その結果、それらの他の適応構成要素のための制御アルゴリズムは単純化されてもよい。この現象の一例を図１４に示す。図１４は、光学素子６０６および６０４の等しい反対方向の動きに対して適応光学システム６６０を通過する際のＥＭ放射の波面に対する変化のＺ３およびＺ４ゼルニケ係数、それぞれ傾斜および焦点に対応する、の変化を示す。図示されるように、これらの光学素子６０４および６０６の両方を動かすとき、傾斜すなわち係数Ｚ３は、光学素子６０４および６０６のそれぞれの互いに対する並進運動の量に比例し得る。これにより、ダウンビーム傾斜角可変ミラーの制御ルーチンに対する調整が簡単になる。さらに、変化した傾斜の総量は図１１に示されたものよりも少なく、それによって、追加の調整を不要にする可能性があり、これは、他の特徴もいくつかの実施形態では省略できないことを意味するのではない。
【０１１６】
図１５は、他の光学収差の変化を軽減しながら、１つまたは複数の光学収差を制御するように構成された適応光学システム６６４の別の例を示す。この例では、適応光学システム６６４は、光学アセンブリ６６６がこの実施形態では異なることを除いて、図６から図１１を参照して上述した構成要素を含む。この例は、３つの光学素子６６８、６７０、および６７２を含む。光学素子６６８および６７２は、図６から図１１を参照して上述したものとほぼ同一であってよいが、この例では、光学素子６６８および６７２は互いに向かい合っており、軸６１０の周りに同じ回転配向（rotational orientation）を有する。この実施形態は、（両側において）光学素子６６８および６７２と相補的な表面を有する光学素子６７０をさらに含んでよい。図示の各曲面は、図９および図１０を参照して上述したプロファイルを有してよい。いくつかの実施形態では、光学素子６７０が焦点を調整するためにアクチュエータ６０５によって直線的に平行移動される間、光学素子６６８および６７２は、概ね静止したままであってよい（または逆も同様である、または図１３に示すように両方が移動してもよい、光学素子６６８および６７２が縦に並んで移動する）。この例では、光学素子６７０および６７２の相互作用によって導入された傾斜の変化は、光学素子６６８および６７０の相互作用によって元に戻すことができ、一方、３つの光学素子６６８、６７０および６７２すべてが追加的な変化を通して焦点を調整し、それによって、他の収差の変化を導入することなく、１つの収差の変化を分離する。
【０１１７】
いくつかの実施形態では、複数の収差を同時に変化させることが望ましい。例えば、いくつかの実施形態は、ＥＭ放射の波面のＺ４およびＺ９の両方のゼルニケ成分を修正してよい。これらの実施形態では、上述の光学素子は、図９および図１０の様式のグラフィック表現である図１６および図１７に示す表面を含んでよい。これらの例では、光学素子のうちの一方の直線的な並進運動は、上述の光学アセンブリを通過する電磁放射の波面に対する調整を記述するゼルニケ多項式級数のＺ４項とＺ９項の両方を変更することができる。いくつかの実施形態では、他のゼルニケ多項式係数に比較的少ない変化、または比較的小さな変化が導入されてもよい。いくつかの実施形態では、波面のＺ３、Ｚ４、およびＺ９係数のみが、図１６および図１７に示す表面を有する光学素子の線形並進運動によって変化し、それは上述の曲面６１８の別の実施形態である。
【０１１８】
いくつかの実施形態では、表面は、下記の係数を用いて、上記のゼルニケ級数によって記述することができる。場合によっては、ゼルニケ係数は、３次よりも大きい多項式次数、例えば４次、５次、およびより高次の多項式を有するゼルニケ多項式についてのゼロ以外の係数を含んでよい。いくつかの実施形態において、これらのゼルニケ多項式係数は、例示された表面を特徴付けるために最大の多項式係数に対して正規化されてよい。
【表１】
2019526826.tif 000005
2019526826.tif 000006
【０１１９】
いくつかの実施形態では、上記に示されたゼルニケ係数は、倍率によって調整され得る。いくつかの実施形態では、倍率は、光学素子の線形並進運動の変化に対する１つまたは複数の収差の変化の導関数（derivative）を比例的に修正することができる。したがって、システムは、ゼルニケ係数を比例して増加させることによってより敏感にされ得る。
【０１２０】
いくつかの実施形態では、Ｚ８およびＺ１１のゼルニケ係数は等しくてもよく、図１６および図１７の表面を記述する一連の中の最大のゼルニケ係数でもよい。いくつかの実施形態では、Ｚ４およびＺ５係数は次に大きく、例えば、Ｚ８の３％から１５％の間であってよい。Ｚ９、Ｚ１２、およびＺ１７係数は次に大きく、Ｚ８の０．１％から３％の間であってよい。
【０１２１】
いくつかの実施形態では、他の収差、例えば、個々の収差または複数の収差を調整するために、他の様々な表面を実施することができる。いくつかの実施形態では、ゼルニケ係数の選択は、互いに対する光学素子の並進方向に依存し得る。例えば、いくつかの実施形態では、ゼロでないゼルニケ係数のそれぞれは、単位円の中心を通る移動方向に対応する軸に関して反射対称であるゼルニケ面を表すことができる。例えば、動きがＹ方向に示される上記の慣例を使用すると、対応する実施形態は、以下のゼルニケ係数インデックスの中から選択されたノンゼロのゼルニケ係数を有する表面を含んでよい：１、３、４、５、８、９、１１、１２ 、１５、１６、１７、２０、２１、２４、２５、２７、２８、３１、３２、３５、３６および３７。他の実施形態では、上記のアレンジメントに対応するＸ方向の移動は、以下のゼルニケ係数インデックスの中から選択されたノンゼロのゼルニケ係数を有してよい：１、２、４、５、７、９、１０、１２ 、１４、１６、１７、１９、２１、２３、２５、２６、２８、３０、３２、３４、３６および３７。これらの両方の場合において、他のゼルニケ係数は、関連する対称性を維持または近似するためにゼロ（例えば、実質的にゼロ）であってよい。
【０１２２】
本書では、例えば回折次数に由来する強度から重なり合う周囲構造の相対位置を測定する、回折に基づく計測に関連して実施形態が記載された。しかしながら、本書の実施形態は、必要に応じた適切な変更とともに、例えばターゲットの高品質画像を用いて層１のターゲット１から層２のターゲット２までの相対位置を測定する、画像に基づく計測に適用されてもよい。通常、これらターゲットは、周期構造または「ボックス」（ボックス・イン・ボックス（ＢｉＢ））である。
【０１２３】
図１８は、適応光学システムを有する計測ツールの上述の実施形態のうちのいくつかの動作中に実行されるプロセス６８０のフローチャートである。いくつかの実施形態では、プロセス６８０は、ブロック６８２によって示されるように、パターン付き基板が測定される電磁石（ＥＭ）放射のビームの収差に対する調整を決定することを含む。プロセス６８０は、ブロック６８４によって示されるように、非球面の第２光学素子に対して非球面の第１光学素子をビームに垂直な方向に移動することを含んでよい。このプロセスはさらに、ブロック６８６によって示されるように、移動前と移動後とで異なるようにビームに収差を生じさせること（aberrating）を含むことができる。このプロセスはまた、ブロック６８８によって示されるように、パターン付き基板を測定することも含むことができる。場合によっては、このプロセス６８０は、基板上の複数の測定位置および複数の基板に対して繰り返されてもよい。いくつかの実施形態では、そのような測定の結果は、電気的、光学的、または機械的デバイスがパターニングされるプロセスのフィードバック制御を実行するためにプロセスパラメータを調整することができる上述のリソグラフィ機器に伝達されてよい。
【０１２４】
上記では、メトロロジおよび光学リソグラフィとの関連で実施形態の使用に特に言及しているが、本実施形態は、インプリントリソグラフィなどの他の用途においても使用可能であり、文脈上許されれば、光学リソグラフィに限定されないことが理解されよう。インプリントリソグラフィでは、パターニングデバイスの微細構成によって、基板Ｗ上に生成されるパターンが画定される。パターニングデバイスの微細構成を基板Ｗに設けられたレジストの層に押しつけ、その後、電磁放射、熱、圧力またはその組合せにより、レジストを硬化する。レジストを硬化した後、パターニングデバイスＭＡがレジストから除去され、パターンが残される。
【０１２５】
本書で用いられる「放射」および「ビーム」の用語は、いかなる種類の電磁的な放射を包含し、紫外（ＵＶ）放射（例えば、３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍもしくは１２６ｎｍ、または、その近傍の波長を有する）および極端紫外（ＥＵＶ）放射（例えば、５−２０ｎｍの範囲の波長を有する）を含むとともに、イオンビームや電子ビームといった粒子ビームをも含む。
【０１２６】
「レンズ」の用語は、文脈が許される場合において、屈折型、反射型、磁気型、電磁気型および静電型の光学素子を含む任意の種類の光学素子の任意の一つまたは組み合わせと称されてもよい。
【０１２７】
特定の実施形態の前述の説明は、当業者の範囲内の知識を適用することによって、他の人が、過度の実験をすることなく、本発明の一般的な考え方から逸脱することなく、そのような特定の実施形態を様々な用途に容易に変更および／または適合させることができる本発明の一般的性質を十分に明らかにするであろう。したがって、そのような適合および変更は、本書に提示された教示および示唆に基づいて、開示された実施形態の意義および均等物の範囲内にあることが意図される。本明細書の表現または用語は、本明細書の用語または表現が教示および指針に照らして当業者によって解釈されるように、限定ではなく例示による説明のためのものであることが理解されよう。
【０１２８】
本発明の広さおよび範囲は、上記の例示的な実施形態のいずれによっても限定されるべきではなく、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物に従ってのみ定義されるべきである。
【０１２９】
本出願全体を通して、「することができる（may）」という語が用いられる場合、強制的な意味（すなわち「〜しなければならない」を意味する）のではなく、許可の意味で用いられる（すなわち「〜する可能性を有する」を意味する）。「含む（include）」、「含んでいる（including）」、及び「含む（includes）」等の語は、限定ではないが、含んでいる（including）を意味する。本出願全体を通して、単数形「ａ（１つの）」、「ａｎ（１つの）」、「ｔｈｅ（その）」が用いられる場合、文脈上明らかに他の意味が示される場合を除いて、複数形を含む。従って、１つ以上の要素について「１つ以上」のような他の用語及び句が使用されるにもかかわらず、例えば「１つの（an）」要素又は「１つの（a）」要素という場合、２つ以上の要素の組み合わせを含む。「又は（or）」という用語は、他の指示がない限り、非排他的である、すなわち「及び（and）」と「又は（or）」の双方を包含する。条件関係を記述する用語、例えば「Ｘ、Ｙに応じて」、「Ｘ、Ｙの時」、「Ｘ、Ｙであるならば」、「Ｘ、Ｙである場合」等は、前件（antecedent）が後件（consequent）の必要因果条件であるか、前件が充分因果条件であるか、又は前件が寄与因果条件である因果条件を包含する。例えば、「状態Ｘは条件Ｙが確立した時に発生する」は、「ＸはＹの時にのみ発生する」及び「ＸはＹ及びＺの時に発生する」に対して包括的である（generic）。そのような条件関係は、前件が確立した直後に続いて起こる結果に限定されない。いくつかの結果は遅れることがある。条件文において、前件はそれらの後件に接続されている。例えば、前件は後件が発生する可能性に関連している。複数の属性又は関数が複数のオブジェクトにマッピングされている言明（statement）（例えば、１つ以上のプロセッサがステップＡ、Ｂ、Ｃ、及びＤを実行する）は、他の指示がない限り、全てのそのようなオブジェクトにマッピングされた全てのそのような属性又は関数と、属性又は関数のサブセットにマッピングされた属性又は関数のサブセットとの双方を包含する（例えば、全てのプロセッサの各々がステップＡからＤを実行する場合と、プロセッサ１がステップＡを実行し、プロセッサ２がステップＢ及びステップＣの一部を実行し、プロセッサ３がステップ３の一部及びステップＤを実行する場合の双方）。更に、他の指示がない限り、１つの値又はアクションが別の条件又は値「に基づいている」言明は、その条件又は値が唯一の要因である例と、その条件又は値が複数の要因のうちの１つの要因である例の双方を包含する。他の指示がない限り、ある集合の「各（each）」インスタンスがある特性を有するという言明は、より大きい集合のいくつかの他の点で同一の又は同様のメンバがその特性を持たない事例を除外すると解釈するべきではない。すなわち、各（each）は必ずしも、あらゆるもの（each and every）を意味するわけではない。列挙されたステップの順序に関する限定は、順序を明確にするのではなく特許請求の範囲を読みやすくするために使用される「アイテムに対してＸを実行し、Xされたアイテムに対してＹを実行する」といった順序の限定を暗示すると不適切に主張される可能性のある記述とは対照的に、例えば「Ｘを実行後、Ｙを実行」のような明示的な言葉で明示的に指定されない限り、特許請求の範囲に読み込まれるべきではない。別途特記されない限り、議論から明らかであろうように、この明細書の議論で一貫する「処理する」「演算する」「計算する」「決定する」などの用語の利用は、特殊用途のコンピュータまたは同様の特殊用途の電子処理／計算装置といった特定の装置の動作またはプロセスを指すことが理解されよう。
【０１３０】
この特許には、特定の米国特許、米国特許出願、または他の資料（例えば、論文）が参照により組み込まれている。しかしながら、そのような米国特許、米国特許出願、および他の資料の文章は、そのような資料と本明細書に記載されている記述および図面との間にコンフリクトが存在しない限りにおいて、参照によって組み込まれるだけである。そのようなコンフリクトがある場合には、本明細書の文章が適用される。
【０１３１】
本技術は、以下の列挙された実施形態を参照してよりよく理解されよう。
１．基板上にパターニングされた構造を測定するように構成された光学計測ツールであって、電磁（ＥＭ）放射経路に沿ってＥＭ放射のビームを向けるように構成されたＥＭ放射源と、ＥＭ放射経路の一部に配置され、ＥＭ放射のビームの波面の形状を調整するように構成された適応光学システムであって、非球面の第１光学素子と、非球面の第１光学素子に隣接する非球面の第２光学素子と、ＥＭ放射経路の一部のビーム軸と異なる方向に第１光学素子と第２光学素子との間で相対運動を生じさせるように構成されたアクチュエータと、を備える適応光学システムと、を備える光学計測ツールを備える装置。
２．光学計測ツールは、スキャトロメトリ計測ツールを備え、相対運動は、ビーム軸に垂直な方向における光学素子のうちの１つの線形並進運動であり、線形並進運動は、ＥＭ放射の焦点およびＥＭ放射の傾斜を調整する、節１に記載の装置。
３．第１光学素子および第２光学素子は、相補的曲面に対応するゼルニケ級数におけるゼロ以外のＺ７またはＺ８ゼルニケ多項式係数を含む相補的曲面を有する、節１または２に記載の装置。
４．第１光学素子は、ビーム軸に垂直な平面を含む、節３記載の装置。
５．Ｚ７またはＺ８のゼルニケ多項式係数は、相補的曲面に対応するゼルニケ級数における他のゼルニケ多項式係数以上である、節３に記載の装置。
６．第１光学素子の曲面は、相対運動の方向に関して反射対称であり、相対運動の方向とビーム軸の両方に対して直交する軸に関して回転対称である、節１から５のいずれかに記載の装置。
７．適応光学システムは、第１光学素子と第２光学素子との間で相対運動を生じさせるための手段を備える、節１から６のいずれかに記載の装置。
８．第１光学素子および第２光学素子は、１つだけの１自由度の互いに対する相対運動を有する、節１から７のいずれかに記載の装置。
９．１自由度は、ビーム軸に垂直な線形並進運動である、節８に記載の装置。
１０．第１光学素子と第２光学素子との間の相対運動によって引き生じるビームの傾斜を適応的に減少させる手段を備える、節１から９のいずれかに記載の装置。
１１．適応光学システムは、相対運動に応答してＥＭ放射の波面に対応するゼルニケ級数のＺ４ゼルニケ多項式係数を調整するように構成される、節１から１０のいずれかに記載の装置。
１２．Ｚ４ゼルニケ多項式係数への調整は、相対運動に比例する、節１１に記載の装置。
１３．適応光学システムは、相対運動も波面のＺ３ゼルニケ多項式係数の調整をもたらすように構成され、Ｚ３ゼルニケ多項式係数の調整量は、アクチュエータが駆動するように構成される相対運動の範囲にわたってＺ４ゼルニケ多項式係数の調整の５０％未満である、節１１に記載の装置。
１４．適応光学システムは、第１光学素子と第２光学素子との間の相対運動に応答して、Ｚ４ゼルニケ多項式係数よりも高次の波面のゼルニケ多項式係数に影響を及ぼすように構成される、節１から１３のいずれかに記載の装置。
１５．適応光学システムは、第１光学素子と第２光学素子との間の相対運動に応答して、ビームのトレフォイル収差およびビームの焦点を調整するように構成される、節１から１４のいずれかに記載の装置。
１６．第１光学素子の曲面は、ゼロ以外のゼルニケ係数を有する３次より高次のゼルニケ多項式を有するゼルニケ級数に対応する、節１から１５のいずれかに記載の装置。
１７．相対運動は、第１の方向への第１光学素子の運動と、第１の方向と反対の第２の方向への第２光学素子の運動とを含む、節１から１６のいずれかに記載の装置。
１８．第１光学素子と第２光学素子との相対運動によって生じる傾斜の変化を低減する方向にビームの傾斜を調整するように構成された傾斜角可変ミラーを備える、節１から１７のいずれかに記載の装置。
１９．計測ツールに通信可能に接続されたリソグラフィ装置を備え、計測ツールは、リソグラフィ装置によってパターニングされた基板上の構造を測定するよう構成されたスキャトロメトリ計測ツールを備え、構造は、該構造を測定するために使用されるＥＭ放射の波長よりも小さい、節１から１８のいずれかに記載の装置。
２０．パターン付き基板が測定される電磁（ＥＭ）放射のビームの収差に対する調整を決定することと、非球面の第１光学素子を非球面の第２光学素子に対してビームに垂直な方向に移動させることと、移動前と移動後とで異なるようにビームを収差させることと、パターン付き基板を測定することと、を備える方法。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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